Зоя Осмоловская родилась 1 марта 1928 года в городе Орша (ныне Витебская область, Белоруссия).
В школе Зоя исполняла роли в драматическом кружке, но до того времени, как Осмоловская поступила в институт, она хотела в будущем быть учителем русского языка и литературы.
В 1952 году окончила Белорусский государственный театрально-художественный институт.
Почти вся жизнь Зои непосредственно имеет связь с Минском, если не считать эвакуации во время Великой Отечественной войны и двух лет её жизни после окончания института. Эти два го́да Осмоловская работала в Гродненском областном драматическом театре; там она познакомилась со своим будущим супругом Юрием Сидоровым.
Дочь - Елена Сидорова - актриса Национального академического театра имени Янки Купалы.
Также Зоя Васильевна участвовала в теле- и радиопостановках.
С 14 сентября 1954 года работала в Национальном академическом драматическом театре им. М. Горького.
Ушла из жизни 30 апреля 2012 года в Минске.